Технология орбитальной сварки

Orbital Welding – орбитальная сварка. Под этим термином понимается автоматическая дуговая сварка кольцевых швов с помощью специальных сварочных головок или самоходных механизмов. При этом обычно применяют методы GTAW (TIG) или GMAW
GMAW - Gas Metal Automatic Welding-автоматическая дуговая сварка металлическим электродом (проволокой) в среде защитного газа. Так некоторые производители обозначают автоматизированное (роботизированное) применение метода MIG/MAG
GTAW - Gas Tungsten Automatic Welding – автоматическая дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного защитного газа. Обозначение автоматизированного (роботизированного) применения метода TIG. Может осуществляться как с автоматической подачей присадочной проволоки, так и без нее.

Поскольку в основном обсуждаются достижения в области сварки, может быть полезным описание компонентов стандартной установки для сварки трубопровода и типичной последовательности операций.
В основном трубы поставляются со стандартной заводской фаской 30°. Такую подготовку можно использовать для механизированной сварки, но чаще она модифицируется в в более узкую фаску с помощью мощной машины с гидравлическим приводом для обработки торцев труб. Она устанавливается и центрируется по внутреннему диаметру трубы. Соответствующие резцы устанавливаются на вращающуюся пластину. Довольно часто не представляется возможным полностью обработать торцы трубы; резцы устанавливаются на подпружиненном держателе, который находится „в подвешенном состоянии“ и следует по внутренней поверхности трубы. Это обеспечиваетравномерную высоту притупления.
Затем труба подогревается в соответствии с имеющимися предписаниями при помощи газовой горелки или электрических индукционных нагревателей.

Наземный трубопровод
Независимо от типа сварки (ручной или механизированной) в большинстве линий наземного трубопровода используется система для центровки по внутреннему диаметру с пневмоприводом. Такая зажимная система обеспечивает выравнивание концов труб и обеспечивает их неподвижность во время сварки. В трубы меньшего диаметра зажимы могут вводиться при помощи лебедки и троса. Зажимные приспособления для труб большего диаметра снабжены собственными подвижными шасси и могут посредством дистанционного управления перемещаться от одного сварного соединения к другому. Монтажник должен установить направляющее кольцо или ленту по сварному соединению.
Сварка по наружному диаметру обычно производится отдельными бригадами сварщиков, каждая из которых заваривает один индивидуальный слой на трубе (либо вручную, либо механизированно).
Сварочная система крепится на направляющем кольце, первая сварочная головка позиционируется на «12 ч». Первый шов варится по часовой стрелке с позиции «12 ч» на«6 ч». Как только первая головка освобождает верхнюю часть трубы, вторая сварочная головка аналогичным образом устанавливается на противоположной стороне трубы, и процесс повторяется. Начало и конец сварного шва шлифуются помощником сварщика для того, чтобы убедиться в наличии полного переплавления области нахлёста двух сегментов сваренного слоя. Как только заваривается первый слой, сварочные головки снимаются с ленты и переносятся к следующему соединению. Этот процесс повторяется до заварки верхнего слоя (рис. 1).

Рис. 1 Труба толщиной 168 мм, 10мм - 37° V –образная подготовка кромки – МАГ –сварка корневого шва, заполняющиеслои–360°орбитальная сварка.

Стандартный процесс MIG/MAG (GMAW)
Для сварки корня шва методом МИГ/МАГ - сварки в режиме короткого замыкания должна применяться дополнительно одна из следующих технологий :

Для сварки корня шва методом МИГ/МАГ - сварки в режиме короткого замыкания должна применяться дополнительно одна из следующих технологий :

• Внутренняя зажимная система с медной подкладкой для контроля сварочной ванны и ограничения валика шва по внутреннему диаметруили
• Специальная внутренняя зажимная система со сварочной головкой для заварки корня шва изнутри. В заключении снаружи завариваются «горячий слой» и заполняющие слои (как описано выше).

Обе технологии имеют свои преимущества и недостатки. С медной подкладкой возможно применение стандартной или более узкой подготовки кромок под сварку и достижение очень равномерного проплавления. Недостатками этого способа являются возможность появления медных примесей и, как следствие, коррозия корня шва. Изменение зажимной системы дорого, медные колодки быстро изнашиваются и требуют частой замены. Прежде чем зажимная система будет снята, сварка и корневого, и горячего слоя должна быть полностью завершена для избежания возможных трещин. Это условие задерживает переход к следующему соединению.
Система для сварки изнутри состоит из множества независимых горелок и подающих механизмов. Первые три горелки начинают сварку в положении «12 часов» и варят по часовой стрелке до положения «6 часов». Другие три горелки, установленные в положении «12 часов», начинают варить против часовой стрелки до положения «6 часов». Но один внутренний корневой шов не обеспечивает необходимой прочности для высвобождения зажимного приспособления или его перемещения. Горячий слой „Hotpass“ накладывается снаружи, что происходит незамедлительно после заварки корня шва.
Основное преимущество системы сварки изнутри - скорость, с которой осуществляется сварка корневого и горячего слоёв и продвижение к следующему стыку. По существу, конечный фактор в определении количества заваренных стыков за день - скорость, с которой проводится сварка корня шва. Продолжительность сварки заполняющих слоёв не является определяющим фактором, поскольку можно задействовать большее количество сварщиков.
У системы сварки изнутри есть ряд существенных недостатков. Сварку приходится производить вслепую без возможности коррекции со стороны оператора. Метод MIG/MAG – сварки в режиме короткого замыкания приводит к сравнительно высокой доли дефектов и затратам на ремонт. Кроме того, такое оборудование является дорогостоящим.

Новый метод для сварки корневого/ горячего и заполняющих слоёв (подробнее в технологии STT).
Новый метод сварки корня шва снаружи прошел практические испытания. Метод «Переноса силами Поверхностного Натяжения» (STT), разработанный компанией Линкольн Электрик, представляет собой метод сварки в режиме короткого замыкания с высоким уровнем контроля. Развитие технологии высокоскоростных инверторных источников тока и микропроцессоров даёт возможность точно регулировать силу тока на протяжении всего цикла сварки. Уникальным для этого метода является то, что ни ток, ни напряжение не являются постоянными.
Этот метод применялся как при полуавтоматической, так и при полностью механизированной сварке. Поскольку способ STT позволяет регулировать сварочное напряжение независимо от скорости подачи проволоки, сварщик получает возможность контролировать ввод тепловой энергии и размеры сварочной ванны для обеспечения требуемой глубины провара при полном оплавлении кромок и малом количестве брызг.
Этот процесс был испытан при осуществлении множества проектов по прокладке трубопродов как в полуавтоматическом режиме, так и в системах механизированной сварки. Сегодня оборудование для механизированной сварки на основе этого метода предлагается многими производителями.
После заварки корня шва методом STT шлифовка необязательна, достаточна обработка щеткой для удаления кремния.
Для механизированной STT-сварки используется модифицированный вариант зажимной системы, которая служит для обеспечения подготовки кромок под сварку с зазором.

Стандартный процесс TIG (GTAW)
Автоматическую сварку вольфрамовым электродом выполняют различными способами. Трубы диаметром 8 ... 26 мм с толщиной стенки 1 ... 2 мм можно сваривать без разделки кромок и без присадочной проволоки. Однако в процессе сварки наблюдается постепенное увеличение ширины шва и глубины проплавления ввиду разогрева трубы. Поэтому необходимо изменять в процессе сварки ее скорость - использовать установки с программированием скорости сварки.